Archie - НЕлинейный 3D принтер. Часть 2. Механика и электроника.

Привет. Это второй пост о 3D принтере на базе дельта - робота. Первая часть здесь.Там же вы найдёте все ссылки на видео, на которые я ссылаюсь).

Сегодня я бы хотел рассказать об электронных компонентах, которые использовались для создания этого принтера, и о его механике. Если в механике я выбирал самые дешёвые и доступные детали, то здесь я решил не скупиться и набрал полный комплект дополнительных модулей.

Начнём с платы управления. Как я уже говорил, это плата MKS Sbase, работающая с прошивкой «Смузи». У этой платы встроенные драйвера DRV8825.И они не устраивали меня по ряду причин. Во первых – у редукторов «Арчи» коэффициент редукции гораздо ниже, чем у первой версии робота. Там, благодаря большим печатным шкивам, он составляет 35 : 1. Гипотетически, это позволяет получить разрешение в районе 9 микрон, с делителем драйвера 116 и двигателями с шагом 1,8 градуса. Фактическое разрешение будет ниже, из -за не идеальной механики собранной на коленке, хотя и не на много. Но всё ещё не будет уступать классическим линейным принтерам. Это что касается первой версии робота.

Во второй я решил попробовать создать компактный редуктор на основе заводских алюминиевых шкивов. Это было основной задачей. Компактный редуктор позволяет создать модель корпуса для всех трёх редукторов, которая бы печаталась одной деталью на стандартном столе размером 200х200 мм. Почему это важно? Потому что, при настройке прошвки (конфиг файла в данном случае), в неё вносится множество констант. И часть из них, прямо или косвенно, относится к редуктору. Об этом я подробнее расскажу в посте о настройке. Например: угол между плоскостями вращения всех трёх плеч должен быть равен 120 градусам. Расстояние, от центра плиты до оси вращения плеча, должно быть одинаковым для всех трёх плеч. Расстояние, от плиты до оси вращения плеча (по вертикали), должно быть одинаковым. Ось вращения должна быть перпендикулярна плоскости вращения плеча (не должно быть перекосов) и параллельная плоскости плиты, на которой крепятся редуктора и крепления плеч.

На фото первая модель робота: Как видно, основные редуктора установлены сверху, а под плитой закреплены только плечо с большим печатным шкивом. Каждое плечо крепится на двух стойках. Проблема в том, что при таком способе крепления, все вышеописанные размеры и углы приходится выставлять вручную. Не спасает даже сверление отверстий в плите каркаса на ЧПУ, погрешность есть всегда. Плюс сюда накладывается погрешность самой 3D печати. В итоге, приходится серьёзно повозиться, чтобы выставить всё так, как нужно. Есть два правила сборки такого робота: это симметрия и идентичность. Все должно быть расположено симметрично, размеры одинаковых деталей должны быть идентичны.

Именно поэтому так важно было создать единый корпус для всех трёх редукторов – все нужные размеры и углы уже заложены в его конструкцию. С один небольшим «НО» - у принтера, на котором будут печататься детали для такого робота, не должно быть никаких проблем с геометрией печатаемых моделей. Круглое должно быть круглым, квадратное – квадратным. А не эллипсом и ромбом соответственно. Это было необходимое отступление =)

Так вот. В итоге, я решил собрать двухступенчатый редуктор, взяв за основу 4 стандартных алюминиевых шкива. Два на 16 зубов и ещё 2 на 60. Суммарный коэффициент такого редуктора равен 14,0625 : 1. Как это считается. Это понижающий редуктор, так что количество зубов бОльшего шкива (можно делить диаметры, длины окружностей или радиусы – ответ будет тем же) делится на количество зубов меньшего: 6016 = 3.75. Редуктор двухступенчатый, пары шкивов одинаковые, коэффициенты перемножаются : 3.75 х 3.75 = 14,0625.

На фото вторая версия редукторов и плеч для модели «Арчи»С таким редуктором, делителем драйвера 116 и двигателем с шагом 1,8 градуса, разрешение было бы в районе 24 микрон, что ниже типовых линейных принтеров. Делитель 132 так же не особо спасает. Ведь это только цифры на бумаге, реальное разрешение будет ещё ниже. Вторая причина, по которой я не хотел использовать в новом принтере встроенные драйвера drv8825 - это писк моторов. Думаю, это знакомо многим. С этими драйверами моторы очень высоко и противно пищат, особенно в режиме удержания. Так же хотелось, чтобы принтер работал как можно тише, тем более, что механика это позволяет, греметь здесь просто нечему. Потому, выбор пал на драйвера lv8729 с честным, не интерполированным дроблением 1128. В теории это позволяет получить разрешение принтера в районе 3 микрон, даже с коэффициентом редуктора 14,0625 : 1. Фактическое разрешение, опять же, будет ниже. В данном случае не только из -за механики, но и по причине неравномерности величины микрошага при таком их количестве. Но, даже если фактическое разрешение будет втрое ниже расчётного, результат всё ещё будет впечатляющим и проблем с разрешением у принтера не будет.

Чтобы установить выбранные драйвера, пришлось создать вот такой бокс с дополнительными платами расширения для каждого драйвера.Полный список электроники:

Плата MKS Sbase + 4 платы расширения для драйверов

Драйвера lv8729 – 4 шт.

Сенсорный дисплей MKS TFT35 V1.0 с Wi-Fi модулем

Датчик филамента

Датчик обрыва электропитания - MKS Det

Модуль автоотключения по завершении печати - MKS PWC V2.0

Шаговые двигатели 17HS2408 с шагом 1,8 градуса - 3 шт.(для осей)

Хотенд XCR3D с быстросъёмным сквозным термобарьером

Экструдер Титан (китай) в комплекте с двигателем

Алюминиевый подогреваемый стол МК3

Блок питания на 12V и 30А

Концевики, и пара кулеров для охлаждения сопла и модели. В первых вариантах эффектора «Арчи» я использовал 2 турбины 5015, в новой версии будут установлены более компактные 4010.

Что касается платы управления, то сейчас лучшим выбором будет плата SKR 1.3. Она стоит немногим дешевле SBase и на ней есть нормальные кроватки под драйвера, так что не придётся возиться с отдельным блоком для плат расширения. Дисплей и дополнительные модули я так же брал от производителя Makerbase т.к. это относительно не дорогое и, самое главное, готовое решение, которое работает без особых танцев с бубном. Ведь все доп. модули подключаются именно к дисплею. Как подключить всё это добро - подробно описано во втором видео о дельта – роботе.

Я намеренно выбрал самые слабые двигатели из тех, что смог найти, хотя по цене они не особо дешевле стандартных. Драйвера с таким большим дроблением (1128) значительно понижают крутящий момент двигателя, но, благодаря редуктору, который увеличивает его кратно коэффициенту редукции, никаких проблем нет. Всё работает даже на высоких скоростях, без пропусков шагов. Помимо компактности и небольшой экономии, у слабых движков есть ещё пара преимуществ – это низкое энергопотребление и низкий уровень шума. Стандартные моторы на 1.7А достаточно громко жужжат даже с драйверами lv8729. Но, такие слабые моторы менее универсальны, т.к. на стандартный Н-бот их уже не поставить – не хватит момента. Так что, лучшим выбором, для подобного робота, будут мощные двигатели с шагом 0.9 градуса. Именно на такие движки и рассчитаны драйвера lv8729.

Пожалуй, на этом сегодня закончим. Сейчас я работаю над третьей версией редукторов и плеч. О проблемах предыдущих версий я рассказывал в третьем и четвёртом видео. Если возникли вопросы – задавайте их в комментариях =)